陽(yáng)離子納米纖維素的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種陽(yáng)離子納米纖維素的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，現(xiàn)有的陽(yáng)離子納米纖維素的制備方法通常為纖維原料先進(jìn)行納米化處理然 后進(jìn)行陽(yáng)離子化處理。由于納米纖維素尺寸非常小，其流水性及濾水性差，因此在陽(yáng)離子化 處理之后的洗滌過(guò)程中不易去除陽(yáng)離子化過(guò)程中殘余的堿、醚化劑等雜質(zhì)；此外，纖維原料 直接納米化處理通常耗能較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，有必要提供一種陽(yáng)離子納米纖維素的制備方法，其可有效克服現(xiàn)有工 藝制備納米纖維素存在的能耗高及殘留雜質(zhì)多的問(wèn)題。
[0004] 一種陽(yáng)離子納米纖維素的制備方法，其包括如下步驟：
[0005] 首先將纖維原料進(jìn)行打漿處理，該纖維原料經(jīng)打漿處理后的游離度控制在 10-200ml ;然后向打漿后的纖維原料中加入陽(yáng)離子醚化劑，使纖維與陽(yáng)離子醚化劑在堿性 催化劑條件下混合并反應(yīng)，制得陽(yáng)離子纖維素；隨后將制得的陽(yáng)離子纖維素進(jìn)行納米化處 理從而制得陽(yáng)離子納米纖維素。
[0006] 本發(fā)明陽(yáng)離子納米纖維的制備方法，先將天然植物纖維進(jìn)行陽(yáng)離子醚化反應(yīng)，陽(yáng) 離子化后得到的陽(yáng)離子纖維素尺寸較大，可以通過(guò)洗滌方式將殘余雜質(zhì)有效分離；此外，陽(yáng) 離子醚化反應(yīng)有利于纖維的潤(rùn)脹，降低了后續(xù)納米化過(guò)程的能耗。
【具體實(shí)施方式】
[0007] 本發(fā)明陽(yáng)離子納米纖維素的制備方法，其包括如下步驟：
[0008] (1)對(duì)纖維原料進(jìn)行打漿處理。
[0009] 提供天然植物纖維，使用打漿機(jī)對(duì)其進(jìn)行打漿處理至游離度為10-200ml，優(yōu)選 20-60ml，然后將其過(guò)濾后配制成濃度為1%-30%的漿料。該天然植物纖維具體可選自針葉 材、闊葉材和禾本科植物纖維中的至少一種。
[0010] 可以理解的，對(duì)纖維原料進(jìn)行打漿處理，當(dāng)其游離度較低時(shí)，如10-200ml，暴露出 的羥基數(shù)量就較多，可為后續(xù)陽(yáng)離子化反應(yīng)提供更多的反應(yīng)點(diǎn)，從而獲得陽(yáng)電荷密度更高 的陽(yáng)離子纖維素。
[0011] (2)對(duì)打漿處理后的纖維原料進(jìn)行陽(yáng)離子化。
[0012] 控制上述漿料的溫度為0-KKTC，優(yōu)選40-70°C，然后向漿料中加入催化劑、陽(yáng)離 子醚化劑，使?jié){料與催化劑、陽(yáng)離子醚化劑的混合并反應(yīng)，制得陽(yáng)離子纖維素。
[0013] 本實(shí)施中，該漿料置于一容器中，該容器使用塑料袋，溫度的控制可將裝有漿料的 塑料袋放入水浴鍋中?？梢岳斫獾模砑哟呋瘎?、陽(yáng)離子醚化劑后，可將塑料袋密封并對(duì)塑 料袋進(jìn)行充分揉搓分散，以促進(jìn)漿料與催化劑、陽(yáng)離子醚化劑的均勻混合。
[0014] 可以理解的，在反應(yīng)過(guò)程中，優(yōu)選每隔5-10min再對(duì)密封塑料袋進(jìn)行揉搓，以促使 醚化劑與纖維的充分反應(yīng)。
[0015] 該步驟的反應(yīng)時(shí)間為5-600min，優(yōu)選45-180min。
[0016] 可以理解的，反應(yīng)完成后需要對(duì)漿料進(jìn)行洗滌，以除去漿料中的其它雜質(zhì)(如反應(yīng) 后殘留的堿、陽(yáng)離子醚化劑)，獲得所述陽(yáng)離子纖維素。
[0017] 該催化劑為堿，優(yōu)選NaOH和K0H。該催化劑的用量為植物纖維絕對(duì)干質(zhì)量的 1%-20%，優(yōu)選為 6%-12%。
[0018] 該陽(yáng)離子醚化劑可將陽(yáng)離子基團(tuán)引入到纖維的表面，增強(qiáng)在紙漿纖維或填料上的 吸附能力，從而更有利于發(fā)揮其對(duì)纖維間的增強(qiáng)作用，提升紙張強(qiáng)度；陽(yáng)離子化后得到的陽(yáng) 離子纖維尺寸較大，可以通過(guò)洗滌方式將殘余堿及陽(yáng)離子醚化劑有效分離；陽(yáng)離子醚化反 應(yīng)有利于纖維的潤(rùn)脹，降低了后續(xù)機(jī)械處理(納米化）的能耗。
[0019] 該陽(yáng)離子醚化劑選自環(huán)氧丙基三甲基氯化銨、氯丙基三甲基氯化銨、二甲基二烯 丙基氯化銨、3-氯-2-羥基三甲基氯化銨中的至少一種，優(yōu)選為3-氯-2-羥基三甲基氯化 銨。該陽(yáng)離子醚化劑的用量為植物纖維絕干質(zhì)量的1%_200%，優(yōu)選為15%-35%。
[0020] (3)對(duì)陽(yáng)離子纖維素進(jìn)行納米化處理。
[0021] 將陽(yáng)離子纖維素配制成0. 1%_1〇%的濃度，再采用高壓均質(zhì)機(jī)、微流化器等設(shè)備進(jìn) 行納米化處理，優(yōu)選高壓均質(zhì)機(jī)在處理壓力為30MPa~90MPa下均質(zhì)處理12_32pass，得到 陽(yáng)離子納米纖維素。
[0022] 將本發(fā)明制備的陽(yáng)離子納米纖維素按漿料0. 1%_20%的比例添加于漿料中混合均 勻后進(jìn)行紙張的抄造即可。應(yīng)用該陽(yáng)離子納米纖維素抄造的紙張其抗張強(qiáng)度、耐破度及內(nèi) 聚力都有所提升。
[0023] 現(xiàn)有的納米纖維素的制備方法為纖維素先進(jìn)行納米化再進(jìn)行陽(yáng)離子化，由于納米 纖維素尺寸非常小，其濾水性能很差，因此陽(yáng)離子化反應(yīng)后殘余的堿和陽(yáng)離子醚化劑的分 離會(huì)更加的困難。
[0024] 而本發(fā)明陽(yáng)離子納米纖維素的制備方法，由于首先對(duì)天然植物纖維進(jìn)行了陽(yáng)離子 醚化反應(yīng)，陽(yáng)離子化后得到的陽(yáng)離子纖維仍為尺寸較大的纖維，反應(yīng)液中的殘余堿和陽(yáng)離 子醚化劑通過(guò)洗滌方法可輕松去除，隨后進(jìn)行納米化處理后得到的納米纖維為純度較高的 納米材料，不含有其它雜質(zhì)。因此，本發(fā)明的制備方法更方便快捷，制得的陽(yáng)離子納米纖維 純度較高。另外，本發(fā)明首先對(duì)纖維進(jìn)行陽(yáng)離子化可在纖維表面引入陽(yáng)離子基團(tuán)，從而促進(jìn) 纖維的潤(rùn)脹，可有效減少后續(xù)納米化過(guò)程中的能量消耗。
[0025] 下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說(shuō)明。
[0026] 實(shí)施例1
[0027] 制備陽(yáng)離子納米纖維素：打漿后游離度為50ml的漂白硫酸鹽針葉木漿（NBKP)進(jìn) 行陽(yáng)離子化處理。醚化劑采用3-氯-2-羥基三甲基氯化銨，用量為植物纖維絕干質(zhì)量的 1%，催化劑采用NaOH，用量為植物纖維絕干質(zhì)量的8%，反應(yīng)溫度為50°C，反應(yīng)2h后洗滌得到 陽(yáng)離子密度為〇. 〇6mmol/g的陽(yáng)離子纖維素。將陽(yáng)離子纖維素配制成0. 8%的濃度，在90MPa 下利用高壓均質(zhì)機(jī)均質(zhì)處理32pass，得到陽(yáng)離子納米纖維素。
[0028] 制備紙張：將實(shí)施例1制備的陽(yáng)離子納米纖維素加入到游離度為325ml的堿性過(guò) 氧化氫化學(xué)機(jī)械漿(APMP)中，納米纖維素用量為APMP質(zhì)量的2. 0%，疏解后調(diào)整質(zhì)量百分濃 度為1%，上網(wǎng)抄片。
[0029] 實(shí)施例2
[0030] 制備陽(yáng)離子納米纖維素：打漿后游離度為50ml的NBKP進(jìn)行陽(yáng)離子化處理。醚化劑 采用3-氯-2-羥基三甲基氯化銨，用量為植物纖維絕干質(zhì)量的15%，催化劑采用NaOH，用量 為植物纖維絕干質(zhì)量的10%，反應(yīng)溫度為50°C，反應(yīng)2h后洗滌得到陽(yáng)離子密度為0.18mmol/ g的陽(yáng)離子纖維素。將陽(yáng)離子纖維配制成〇. 8%的濃度，在90MPa下利用高壓均質(zhì)機(jī)均質(zhì)處 理28pass，得到陽(yáng)離子納米纖維素。
[0031] 制備紙張：參照實(shí)